Вопросы для самоподготовки

1. Что представляют собой планируемые и реальные теплопотери в магистральных теплопроводах? Почему они отличаются друг от друга?

2. Почему толщина изоляции трубы магистрального теплопровода связана с диаметром трубы?

3. В чем заключаются достоинства и недостатки утепления труб с помощью матов?

4. Каковы достоинства и недостатки утепления труб с помощью желобов?

5. В чем заключаются достоинства и недостатки применения предварительно изолированных труб?

6. Каким образом осуществляется передача тепла потребителям от теплоэлектроцентрали?

7. Какие основные элементы включает в себя простая тепловая сеть? Дайте им характеристику.

8. От чего зависят абсолютные потери тепла в системе теплоснабжения, включающей несколько участков надземных двухтрубных теплопроводов?

9. Каким параметром характеризуется эффективность передачи тепла от источника потребителю?

Работа 3. Подбор нагревательного оборудования на отопление жилого дома

Цель работы: определить расход теплоты и подобрать необходимую мощность нагревательного прибора для отопления дома.

Содержание отчета: краткие теоретические сведения, раскрывающие тему в соответствии с целью, порядок и результаты расчетов, анализ расчетов и выводы.

3.1. Общие положения

3.1.1. Понятие экономичного дома (экодома)

Под понятием "экодом" понимают минимальное потребление энергии и эффективное ее использование внутри дома.

Энергосбережение определяется высоким термическим сопротивлением наружных ограждающих конструкций. Согласно строительным нормам и правилам (СНиП), термическое сопротивление стен (R) должно быть не менее 6 м²·К/Вт. Если же построить дом с термическим сопротивлением R не менее 10 м²·К/Вт, то создаются предпосылки отопления дома от работы обычных бытовых приборов, лампочек освещения и тепла находящихся в нем людей.

Энергия может быть высокого и низкого качества. Например, электрическая энергия в стабильной сети 220 В, 50 Гц — это энергия высокого качества. Ее целесообразно использовать только там, где без нее невозможно обойтись (холодильник, компьютер, телевизор, насос, бытовые приборы с электродвигателями).

Для освещения помещений или обеспечения работы чайника и электроплиты переменный ток высокого качества не обязателен, достаточно наличие электроэнергии низкого качества и постоянного тока. Некоторые бытовые приборы имеют коллекторные двигатели (например, пылесос), поэтому они могут работать и от 220 В постоянного тока.

Совершенно нерационально использовать электричество для отопления. При получении электрической энергии на тепловых станциях коэффициент полезного действия (КПД) по электричеству составляет около 30 % . Автономные дизель-генераторы также имеют КПД ≈ 30 %. Поэтому сжигать органическое топливо для выработки электрической энергии, которая будет использоваться на отопление, неразумно. Более эффективно в этом случае сжигание органического топлива непосредственно для получения тепла на отопление.

Компрессорные топливные насосы, работающие от электричества высокого качества, перекачивают тепло из низкотемпературных источников (река, водоем, грунтовые воды) в систему отопления и горячего водоснабжения дома. При этом электрической энергии затрачивается до 30 % от общего количества полученного тепла. Если это электричество получено при сжигании органического топлива, то экономия топлива равна нулю.

Тепловая энергия — это энергия низкого качества. Ее рационально использовать на нужды отопления и горячего водоснабжения, а также для приготовления пищи. Источники этой энергии могут быть традиционными (уголь, дрова, газ) и нетрадиционными (солнечная энергия, биогаз).

Аккумулирование энергии (тепловой, электрической) — серьезный фактор экономии энергии в автономном доме. Оно позволяет перераспределять получение и потребление энергии по времени. Например, днем греет Солнце, а максимальная нагрузка на отопление — ночью (суточное аккумулирование), или летом ощущается избыток солнечного тепла, а зимой — недостаток (сезонное аккумулирование).

Аккумулирование позволяет маленькими порциями накапливать энергию, а большими — отдавать. Частая ошибка, например, заключается в следующем: максимально необходимая величина потребляемой электрической энергии — 5 кВт, и заказчик считает, что ему нужна электрическая станция такой мощностью. Однако этот подход нерационален. Как правило, данная мощность нужна не все время, а только на какой-то период. Поэтому при наличии аккумулированной электрической энергии, мощность электрической станции уже может быть значительно меньшей, следовательно, и стоимость будет ниже. Кроме того, при потреблении электрической энергии станция может и не работать, а включаться в другое время. В этом случае используют ветрогенератор, или солнечный модуль, или мини-ГЭС, или генератор с двигателем внутреннего сгорания, работающим на биогазе.

Принцип аккумулирования распространяется и на тепловую энергию. Избыток тепла передается в тепловой аккумулятор и потребляется по мере необходимости. Тепловые аккумуляторы бывают водные, грунтогравийные и химические. Первые два представляют собой части конструкции дома. К химическим относятся специальные вещества, сохраняющие большие количества тепловой энергии от химических связей многие месяцы без потерь. Например, в 3 м³ химического вещества можно за лето накопить достаточно тепла на весь последующий отопительный период.

Сама конструкция дома должна способствовать эффективному накоплению и использованию энергии. "Экодом" объединяет в себе и дом-коллектор, и дом-аккумулятор, и дом-термос.

Дом-коллектор. Архитектура дома способствует максимальному проникновению солнечных лучей внутрь дома в отопительный период и минимальному — в жаркое время года. В зонах дневного пребывания предполагается свободный доступ солнечного света, а спальни и подсобные помещения располагаются в теневой стороне дома. Коридоры, туалеты, ванные комнаты освещаются солнечным светом через колодцы-световоды с крыши. Кроме того, дом имеет солнечные коллекторы для нагрева воды (и/или воздуха) в целях горячего водоснабжения (отопления).

Дом-аккумулятор. Внутри дома имеется большое пространство для поглощения тепла. Здесь накапливается, не вызывая перегрева в доме, избыток тепла, который при необходимости расходуется.

Дом-термос. Конструкция дома сохраняет тепло с минимальными потерями.

В доме следует использовать энергоэффективное оборудование. Существуют различные типы бытовых электроприборов, котлов, светильников, отличающихся друг от друга величиной энергоэффективности. Например, энергоэффективные лампы при одинаковой силе света потребляют более чем в 5 раз меньше электрической энергии, чем лампы накаливания, и служат в 10 раз дольше.

Необходимо и использование автоматизации. Например, автоматическое включение и выключение света при движении человека по дому в темное время суток. Известно, что солнечных модулей на 100-200 Вт, аккумуляторной батареи и датчиков присутствия достаточно для обеспечения освещения полностью автономного дома.